Sisältö: 2. Radio- ja TV-tekniikka Jakelutekniikat Analoginen radiotekniikka Digitaalinen televisiotekniikka. 3. Satelliittitiedonsiirto

Transkriptio

1 Sisältö: 1. Matkaviestinjärjestelmät: Peruskäsitteitä Matkapuhelinverkkojen sukupolvet ja kehitys Verkkojen levinneisyys ja liittymämäärät Matkapuhelinverkon osat ja niiden tehtävät NMT-verkko GSM-verkko UMTS-verkko Muita matkaviestinverkkoja Verkkojen turvallisuuskysymyksiä Verkkojen tulevaisuuden näkymiä 2. Radio- ja TV-tekniikka Jakelutekniikat Analoginen radiotekniikka Digitaalinen televisiotekniikka 3. Satelliittitiedonsiirto 4. Langattomat tietoverkot WLAN Wimax Bluetooth Tulevaisuudennäkymät 5. Lyhyen kantaman radioviestintä (WPAN) UWB IrDA RFid Zigbee 1

2 Langaton tietoliikennejärjestelmä tarkoittaa järjestelmää, joka siirtää tietoa langattomasti verkon ja päätelaitteen välillä. Järjestelmässä tapahtuu yleensä myös langallista tiedonsiirtoa. Tiedonsiirto voi tapahtua myös suoraan päätelaitteiden välillä. Langaton tiedonsiirto on tämän päivän yhteiskunnassa merkittävässä roolissa. Kuitenkaan kaikki tiedonsiirto ei voi tapahtua langattomasti. Miksi ei? Pohdi, missä kaikessa tarvitset langatonta tiedonsiirtoa päivittäin 2

3 -Matkaviestintekniikka on tietoliikennetekniikan osa-alueista nopeimmin kehittyvä. Yleensäkin langattomat t sovellukset valtaavat t alaa joka puolella. ll -Suomi on matkapuhelintekniikassa edelläkävijä 3

4 Matkaviestinjärjestelmä tarkoittaa matkaviestinverkon ja matkaviestinten muodostamaa tietoliikennejärjestelmää. t j t l ää Matkaviestintä (mobile communication) tarkoittaa langatonta viestintää, jonka radioyhteyttä käyttävinä päätelaitteina toimivat matkaviestimet MS (mobile station). Matkaviestin on yleisimmin matkapuhelin. Mitä muita laitteita matkaviestimet voivat olla? Päätelaitteiden liikkuvuus eli mobiliteetti perustuu radioyhteyteen puhelimen ja tukiaseman välillä. Yleensä verkon muut osat eivät ole liikkuvia. Verkko koostuu (vähintään) keskuksista, tukiasemista ja niiden välisistä yhteyksista. Yhteydet matkapuhelinverkosta ulospäin kulkevat aina matkapuhelinkeskuksen kautta. Yleisten matkaviestinverkkojen (Public Land Mobile Network, PLMN) palvelut ovat kaikkien saatavilla. Tunnetuimpia PLMN-verkkoja ovat GSM- ja UMTS-verkot. Kiinteässä puhelinverkossa (PSTN) päätelaitteiden hallinta ja puheluiden muodostus on helppoa, koska päätelaitteet on yhdistetty kiinteillä johdoilla verkkoon. Matkapuhelinverkossa yhteyksien muodostaminen on huomattavasti monimutkaisempaa. Perustele miksi? 4

5 Solukkoverkkojen rakenne: -solukkoverkko koostuu soluista -solu on tukiaseman muodostama radiopeittoalue -solujen koot ja muodot vaihtelevat ympäristön ja liikennetarpeiden mukaan Matkapuhelinverkoissa on yleensä aina taajuusalueista pulaa. Taajuuksia on pakko säästää ja siksi niitä käytetään useaan kertaan. Solukokoa k pienentämällä ällä voidaan kasvattaa kapasiteettia tti => tukiasemaverkko kk tihenee ja saadaan enemmän kanavia käyttöön samalle alueelle. Tukiasemaverkon tihentäminen nostaa verkon rakentamiskustannuksia. Tämän vuoksi verkon suunnittelussa joudutaan optimoimaan ja tekemään päätöksiä tukiasematiheydestä ja solujen koosta. 5

6 Matalilla taajuuksilla signaali etenee hyvin kauas, joten solujen kokoa on vaikea hallita. Lisäksi matalilla taajuuksilla vaikuttavat monet hyvin epävarmat ja oikulliset etenemisilmiöt kuten ionosfääriheijastukset yms. Myös käytössä olevat kaistat ovat kapeita. Paras peittoalue voidaan saavuttaa VHF- ja UHF-taajuuksilla, esim. NMT450:llä oli laaja peittoalue Korkeilla taajuuksilla vaimennus kasvaa. Mitä ylemmäksi taajuuksissa siirrytään, sitä pienempiä soluista tulee. Mieti, mitä tämä vaikuttaa esim. Suomen kaltaisessa laajassa maassa, kun siirrytään GSM-verkosta (900 MHz) UMTS-verkkoon (2,5 GHz) 6

7 Puhelimen liikkuessa maastossa tukiasemalta tuleva signaali tulee puhelimeen yhtä aikaa montaa eri reittiä. Vastaanottimen tti saama signaali on summa eri reittejä käyttävistä tä signaalin osista. Signaali on summa suoraan edenneestä osasta (LOS) heijastuneista ja diffraktoituneista osista (NLOS), jotka kulkevat määränpäähän pidempiä reittejä ja siten viivästyvät verrattuna suoraan edenneeseen signaalikomponenttiin Tämä aiheuttaa ongelmia varsinkin kaupunkiympäristössä, jossa on paljon heijastavia pintoja. Signaalin voimakkuus vaihtelee paikoittain erittäin voimakkaasti. Tämä täytyy ottaa huomioon kaikkien matkapuhelinjärjestelmien suunnittelussa ja rakentamisessa. Pohtikaa pareittain mitä hyötyä monitie-etenemisestä voi olla? 7

8 Puhelu jatkuu, vaikka puhelin siirtyy puhelun aikana toisen tukiaseman peittoalueelle. Tätä toiminnetta i tt kutsutaan t nimellä handover. Verkko ja puhelin ovat koko ajan yhteydessä toisiinsa ja yhteyden laatua tarkkaillaan. Verkko komentaa puhelimen siirtymään parempaan soluun jos yhteys huononee liikaa. 8

9 Matkaviestinverkossa yhteyksien muodostaminen on mutkikas tapahtuma, koska päätelaitteet t voivat liikkua vapaasti koko k verkon alueella. ll Alueeseen kuuluvat myös muiden operaattoreiden verkot, joihin on mahdollista vaeltaa tilaajaksi. Tätä kutsutaan roamingiksi. Tämän vuoksi on tilaajan liikkuvuuden hallinta eräs tärkeimmistä matkapuhelinverkon tehtävistä. Yhteyden muodostamisessa tarvitaan tietoa tilaajan sijainnista. Tietoa vaihdetaan kotiverkon ja palvelevan verkon välillä yhteiskanavamerkinantoa käyttäen. Jotta tilaaja voisi toimia normaalisti vieraassa verkossa, täytyy kotiverkon operaattorin ja vierailtavan verkon operaattorin välillä olla solmittuna ns. Roaming-sopimus. Sopimuksessa sovitaan hinnoista ja laskutuskäytännöistä sekä tarjottavista palveluista. Kotitehtävä: ota selvää monenko operaattorin kanssa sinun omalla matkapuhelinoperaattorillasi on voimassaoleva roaming-sopimus. Tutki myös palveluiden hintoja ulkomailla. Ovatko ne yleensä kalliimpia vai halvempia kuin Suomessa? 9

10 Analogisissa järjestelmissä (esim. NMT) käytetään yleensä modulointimenetelmänä FM- modulointia, jolloin häiriöt iöt vaikuttavat t suoraan signaaliin. Signaalin laatu heikkenee vähitellen ja laadun huononeminen ilmenee kasvavana kohinana. Digitaalisissa järjestelmissä (esim. GSM) käytetään signaalin siirrossa radiotiellä digitaalisia modulointimenetelmiä, kuten esim. GMSK ja PSK. Silloin signaalin laatu pysyy hyvänä niin kauan kun loogiset 0 ja 1 pystytään erottamaan toisistaan. Kun tämä raja alittuu, laatu romahtaa huomattavasti. Oletko huomannut miten tämä kuuluu esim. GSMpuhelussa? 10

11 FDMA eli taajuusjakoinen monikäyttö tarkoittaa sitä, että kullekin käyttäjälle annetaan oma radiokanava tarvittavaksi i ajaksi kokonaan k käyttöön. FDMA on monikäyttötekniikoista k iik i t vanhin ja yksinkertaisin. k i i Laitekustannuksiltaan se on kuitenkin yleensä kalliimpi, koska jokaiselle käyttäjälle tarvitaan oma kanavayksikkö. Useimmiten käytetään FDMA:n yhteydessä analogista taajuusmodulointia eli FM:aa. Kullakin kanavalla voi olla vain yksi puhelu kerrallaan käynnissä. OFDMA on muunnos FDMA:sta: siinä käytetään suurta määrää tasaisin kanavavälein sijoiteltuja alikantoaaltoja ja käyttäjät käyttävät niitä vuorotellen. TDMA eli aikajakoinen monikäyttö tarkoittaa sitä, että radiokanava jaetaan aikaväleihin. Jokaisessa aikavälissä voi yleensä lähettää tai vastaanottaa vain yksi käyttäjä. TDMA:ssa kanava voidaan ajatella tiettynä aikavälinä, joka toistuu joka kehyksessä. Kehys muodostuu yhden radiokanavan aikaväleistä. TDMA:n yhteydessä käytetään yleensä digitaalisia puhekanavan modulointimenetelmiä. Esim. GSM on yhdistelmä FDMA:sta ja TDMA:sta, koska siinä taajuuskaista jaetaan kanaviin, joita sitten käytetään aikajakoisesti vuorotellen. SSMA eli hajaspektrimonikäyttö käyttää signaaleja, joiden kaistanleveys on monta kertaa suurempi kuin tarvittava minimi radiokaistanleveys. SSMA:ta on kahta tyyppiä: FHMA eli taajuushyppelytekniikka y ja CDMA eli koodijakoinen monikäyttö. Lisäksi käytetään eri menetelmien yhdistelmiä eli hybriditekniikoita FHMA eli taajuushyppelymonikäyttö on digitaalinen menetelmä, jossa käyttäjien taajuuksia vaihdellaan nopeassa tahdissa laajalla radiokaistalla. Esim. Bluetooth käyttää FHMA:ta. CDMA:ssa eli koodijakoisessa monikäytössä signaali kerrotaan hyvin laajakaistaisella signaalilla, jota kutsutaan levityssignaaliksi. Tekniikasta käytetään myös nimeä Direct Sequence (DS). Käyttäjät käyttävät samaa kanavaa samanaikaisesti ja heidät erotellaan koodin perusteella. Jokaisella käyttäjällä on oma näennäissatunnainen koodi. Vastaanottimessa ilmaisuun tarvitaan tämä oma koodisana. Tällöin muilla koodeilla koodatut signaalit näyttäytyvät kohinana. Esim. UMTS-järjestelmässä käytetään CDMA:ta. 11

12 Vastaanottomaksu on määrätty, koska matkapuhelimeen soittaja ei voi tietää, missä puhelin on liikkeellä. llä Tällöin ei myöskään voida velvoittaa häntä maksamaan esim. ulkomaanpuhelun korkeampaa taksaa. Soittajan maksu siis määräytyy aina samalla perusteella. Liittymän omistaja maksaa esim. matkapuhelun ja ulkomaanpuhelun välisen hinnan erotuksen vastaanottaessaan puhelun vieraassa verkossa. Eri operaattorien hinnoitteluperiaatteet ja liittymien rakenteet poikkeavat toisistaan erittäin paljon. Liittymää otettaessa kannattaa miettiä kenelle soittaa ja mihin aikaan. Erilaisia liittymätyyppejä (miettikää yhdessä lisää): tasataksat halvemmat puhelut kotiverkon tilaajien kesken pre-paid liittymät 12

13 Esimerkkejä matkapuhelinverkkojen eri sukupolvia edustavista järjestelmistä: 1G: 2G: 3G: NMT: (Pohjoismaat, Puola, Hollanti, Sveitsi, monet Aasian maat) TACS (Englanti, Irlanti, Itävalta, Italia yms.) AMPS (Pohj.-Amerikka, Australia, Aasiassa) C-450 (Saksa, Portugali) RC2000 (Ranska) GSM (joka puolella maailmaa) D-AMPS eli TDMA(Amerikka, Hong Kong, Israel, Malesia, yms.) CDMA (USA) PDC (Japani, Aasia) UMTS (joka puolella maailmaa) CDMA2000 (USA) TD-SCDMA (Kiina) 13

14 Ennen ARP-verkkoja oli käytössä vain yksityisiä, alueellisesti rajoittuneita PMR(Private Mobile Radio) verkkoja. Niitä oli lähinnä ä kuljetusyrityksillä, k illä sähkölaitoksilla k ill yms. ARP-verkko (Autoradiopuhelin) käsivälitteinen, automatisoitiin myöhemmin käynnistyi 1972, lakkautettiin 1999 taajuusalue 150 MHz kieppeillä, joten solujen peittoalueet olivat suuria, Lapissa jopa 100 km. puhelu katkeaa aina toisen tukiaseman alueelle siirryttäessä kohinarajoitteinen verkko (solukkoverkot häiriörajoitteisia) Telen/Soneran operoima Ruuhkainen ja kallis käyttää 14

15 Useimmissa Euroopan maissa oli oma, täysin itsenäinen matkapuhelinverkkostandardi. Standardit dit eivät olleet yhteensopivia. i Lisäksi i lähes kaikki verkon olivat valtioiden id omistamien operaattoreiden omistamia ja operoimia. Kilpailua ei ollut. Laajimmalle levinnyt oli pohjoismaisten telehallintojen kehittämä NMT-standardi (Nordic Mobile Telephone). Suomen PTL oli vahvasti mukana kehittämässä NMT-standardia. Se oli myös ainoa tekniikka, jossa oli käytössä kansainvälinen roaming. Suomen teletoiminta oli voimakkaasti kahtiajakautunut: valtion omistama Tele (Sonera) operoi harvaan asutuilla alueilla paikallisverkkoa ja koko maassa matkapuhelinliikennettä, kaukoliikennettä ja ulkomaanliikennettä alueelliset yksityiset puhelinlaitokset operoivat omilla alueillaan paikallispuhelinliikennettä Asiakkaat alkoivat vaatia enemmän kilpailua, koska kilpailun puutteessa hinnat olivat kalliita ja verkkojen laatua ei kehitetty riittävän nopeasti. Ensimmäisenä vapautettiin dataliikenne 1988 Puhelinten myynnissä oli Suomessa heti alusta lähtien vapaat kädet, myös esim. alueelliset puhelinlaitokset myivät puhelimia NMT-verkkoon. Kaikissa maissa tämä ei ollut mahdollista vaan valtiolliset monopolit pidättivät usein myös oikeuden myydä puhelimia omiin verkkoihinsa. 15

16 Matkapuhelinliikenteen liberalisointi alkoi Suomessa vuonna 1991, jolloin Radiolinja sai luvan rakentaa ja operoida GSM-verkkoa. Radiolinja oli yksityisten i t puhelinlaitosten l it t omistama. Suomalaisilla ja muilla pohjoismailla oli hyvät kokemukset NMT:stä, joten niiden pohjalta tehtiin aloite yleiseurooppalaisen matkapuhelinverkon kehittämiseksi (jo 1980-luvulla). Verkko saatiin käyttöön 1991 Suomessa ensimmäisenä maailmassa. Ensimmäinen operaattori oli Radiolinja, toisena tuli Tele muutamaa kuukautta myöhemmin. Vallankumous oli nopea: tilaajamäärien kasvu oli erittäin nopeaa ja hyvin vaikeaa ennustaa. Verkkoja rakennettiin nopeasti ja peittoalueet olivat 90-luvun lopussa jo hyvin kattavat. Myös suomalaisella tietoliikenneteollisuudella oli vahva rooli mobiilien verkkojen ja palveluiden kehittämisessä. Nokia etunenässä suomalaiset yritykset ovat valloittaneet tärkeitä alueita sekä verkkotekniikassa että päätelaitteiden kehityksessä. Esim. Nokia on maailman suurin matkapuhelinten valmistaja. Vuonna 1997 ja 1999 suomalainen operaattori Sonera sai palkinnon maailman nopeimmin kasvavasta penetraatiosta. Vuonna 1999 matkapuhelintiheys Suomessa ylitti 50% ja samana vuonna myös matkapuhelinten määrä Suomessa ylitti kiinteiden liittymien määrän. Kiinteiden puhelinliittymien määrä vähenee edelleen ja vuoden 2007 lopussa niitä oli reilu 1,7 miljoonaa 16

17 GSM-verkko on levinnyt lähes koko maailmaan, käytössä on yli 670 verkkoa 200:ssa maassa. Vapaa kilpailu on auttanut t GSM:n leviämistä. i Ennen GSM:ää lähes kaikki verkot olivat valtiollisten teleoperaattoreiden monopoleja. Vuoden 2009 lopussa maailmassa oli n. 4,12 mrd GSM- ja 3G-käyttäjää Amerikassa on omien TDMA- ja CDMA-standardien mukaisia järjestelmiä. Myös Japanissa on oma standardi (PDC). Monissa kehitysmaissa on matkapuhelinverkko käynnistynyt vaikka kiinteääkään puhelinverkkoa ei olla rakennettu kattavaksi. Matkapuhelinverkko onkin nopeampi rakentaa kuin kiinteä kaapeleihin perustuva verkko. 17

18 18

19 Suomessa toimii kolme GSM-verkkoa. Ne toimivat sekä 900 että 1800 MHz:n taajuusalueilla: TeliaSonera 38% (markkinaosuus 12/2008) Elisa 37% DNA 23% Itsenäiset palveluoperaattorit n. 2% yht. 6,8 milj. Matkapuhelinliittymää Prepaid-liittymien osuus kaikista liittymistä oli noin kymmenen prosenttia. Lisäksi toimivat ainakin seuraavat palveluoperaattorit, jotka toimivat em. verkoissa: Saunalahti, Telefinland ja Kolumbus Maailmanlaajuinen telealan taantuma on viime vuosina koskettanut myös Suomea. Kaikki laitevalmistajat, operaattorit ja monet muut yhtiöt ovat ilmoittaneet pienentyneistä tuloksista. Yleinen epävarmuus on lisääntynyt tietoliikennealalla. Myös työvoimaa on vähennetty viime vuosina. Operaattorien välinen koventunut kilpailu on alentanut hintoja ja siten myös pienentänyt alan kannattavuutta. UMTS:n kaupallinen käynnistys on viivästynyt kuten muissakin Euroopan maissa. Suomessa on rakennettu kolme kaupallista verkkoa, jotka ovat olevien GSM-operaattorien operoimia. Niiden peittoalue rajoittuu kaupunkeihin ja vapaa-ajanviettokeskuksiin. Lisää peittoa rakennetaan koko ajan. Myös suomalainen tietoliikenneteollisuus on kärsinyt 3G:n maailmanlaajuisesta viivästyksestä. Puhelinvalmistajat ovat selviytyneet paremmin kuin verkkolaitevalmistajat, koska ne voivat kehittää uusia päätelaitteita oleviin verkkoihin. 19

20 Käytetyimmät palvelut: hyötypalvelut: numerotiedustelu ja saldokyselyt, uutispalvelut viihdepalvelut: soittoäänet ja logot internetin käyttö mobiililaajakaistan avulla Matkapuhelinnumeron siirrettävyys: Heinäkuussa 2003 tuli mahdolliseksi säilyttää vanha matkapuhelinliittymänumero liitt operaattoria vaihdettaessa. Tämä ä aiheutti valtavaa liikehdintää tilaajien keskuudessa: Huhtikuussa 2004 lähes tilaajaa oli vaihtanut operaattoria Vanhimmat ja suurimmat eli TeliaSonera ja Radiolinja menettivät eniten asiakkaita Uusimmat ja pienimmät operaattorit hyötyivät eniten tilaajien vaihtohalukkuudesta Numeronsiirtoja vuonna 2007 tehtiin vielä , mikä on noin vähemmän kuin vuonna

21 NMT450 käynnistyi 1982 ja siitä tuli niin suosittu, että se ruuhkautui nopeasti taajuusalue 450 MHz, 180 kanavaa lakkautettiin vuoden 2002 lopussa sopiva verkko harvaanasutuille seuduille NMT900-verkko rakennettiin ruuhkan purkamiseksi 1980-luvun lopulla tekniikka oli samanlaista kuin NMT450:n, muutamia parannuksia tehtiin (parempi äänen laatu, tilaajanumeron salaus, yms.) käyttänyt y GSM:n kaistaa ja kaistaa kavennettiin matkan varrella lakkautettiin 2000, käytössä ollut taajuuskaista annettiin DNA:n GSM900-verkolle NMT:n tekniikka oli aikansa edistyksellisintä. Siinä on monia toiminteita, jotka ovat lähes sellaisinaan tai vähän paranneltuina siirtyneet GSM-verkkoon ja edelleen UMTS-verkkoon. Näitä olivat mm. lähetystehon ja paristonsäästön ohjaus, puheen laadun valvonta ja NMT900-verkossa käytetty tilaajanumeron salaus. Puhetta ei NMT-verkossa oltu salattu mitenkään. Vaikka NMT yleensä mainitaan analogisena verkkona, sen keskukset ja siirtotiet ovat digitaalisia, vain puheen siirto radiotiellä tapahtuu käyttäen analogista taajuusmodulaatiota (FM). Radiotien signalointiin eli merkinantoon käytetään digitaalista FFSK-modulaatiota ( 1 = 1200 Hz ja 0 =1800 Hz). NMT käyttää FDMA-tekniikkaa (Frequency Division Multiple Access), jossa taajuuskaista on jaettu kapeisiin 25 khz kanaviin. Kutakin kanavaa käyttää yksi käyttäjä kerrallaan. Keskus tietää valmiustilassa olevan puhelimen sijainnin liikennealueen tarkkuudella. Liikennealue muodostuu soluista. Puhelukutsu lähetetään liikennealueen kaikkien solujen kautta. Yhdessä NMTsolussa on ainakin yksi kutsukanava, jota puhelimet kuuntelevat. Puhelun alussa puhelin siirtyy kutsukanavalta puhekanavalle. 21

22 Teknisesti standardi havaittiin hyväksi ja kehityskelpoiseksi. Tämä vaikutti menestykseen. Toinen tekijä oli alusta lähtien mahdollisuus kansainväliseen roamingiin eli verkkovierailuun. Mitä laajemmalla verkko levisi, sitä laajempi käyttöalue oli tilaajalla. Yksi suuri tekijä standardin menestykselle on avoimen kilpailun periaate. GSM:ssä otettiin kilpailun mahdollistavat näkökohdat huomioon heti alusta lähtien. Kun GSM:ää lähdettiin kehittämään, oli useissa Euroopan maissa valtiollisen monopolin hoitama, usein kansallisia standardeja noudattava verkko. Tämä oli havaittu huonoksi järjestelyksi. Suurin osa GSM:n spesifiointityöstä on tehty ETSI:ssä (European Standardisation Institute) t vuosina Nykyään kaikki GM:n spesifikaatiot tehdään 3GPP:ssä, joka käsittelee GSM:ää yhtenä UMTS-verkon radiopääsyrajapintana 22

23 Verkkoelementit: AUC: Tunnistuskeskus BSC: Tukiasemaohjain BTS: Tukiasema EIR: Laiterekisteri HLR: Kotirekisteri MS: Päätelaite MSC: Matkapuhelinkeskus OMC: Käyttö- ja hallintakeskus VLR: Vierailijarekisteri 23

24 BTS = tukiasema Tukiasema sovittaa langattoman radiotien ja digitaalisen siirtotien toisiinsa. Tukiaseman kautta puhelin saa yhteyden keskukseen.tukiasema muodostaa kaksisuuntaisen radioyhteyden päätelaitteiden kanssa. Tukiasemalla voi olla useita soluja Tukiasemia on verkossa lukumääräisesti satoja tai tuhansia kappaleita.tukiasemaverkko on siis kustannuksiltaan verkon kallein osa. Yksittäinen tukiasema tarvitsee seuraavat osat: Maston tai muun vastaavan rakenteen Antennit ja antennikaapelit yms. siihen liittyvät osat Laitetilan (tontin, tien aidan yms.), sähköliittymän, varavoimalaitteet sekä siirtojärjestelmän keskukseen liittämistä varten Varsinaisen tukiasemalaitteiston BSC = tukiasemaohjain päätehtävänä ä ä ä huolehtia h oman alueensa radioresurssien i hallinnasta (esim. kanavien allokoinnit i ja kanavanvaihdot) sekä radiorajapinnan parametrien hallinnasta (esim. tehonsäätö) TC = transkooderi muuntaa GSM-signaalin PCM-muotoon (16kbit/s => 64 kbit/s) 24

25 MSC/VLR MSC:n tärkeimpänä tehtävänä on kytkeä verkkoon tulevat puhelut oikealle BSS:lle tukiasemaohjaimen ja ja tukiaseman kautta sekä BSS:ltä tulevat puhelut muihin verkkoihin. Keskuksessa on verkon älykkyys ja se muodostaakin verkon ytimen MSC:n tekniikka perustuu kiinteän verkon keskustekniikkaan. Lisätoiminteita ovat liikkuvuuteen liittyvät toiminnot.yhden MSC:n hoitama alue on keskusalue. Matkapuhelu kulkee aina vähintään yhden keskuksen kautta, vaikka puhelimet olisivat samassa tukiasemasolussakin. Matkapuhelinkeskuksen tehtäviä: Reitittää puhelut muihin matkapuhelinverkon k keskuksiin k k ja muihin verkkoihin (esim. kiinteään puhelinverkkoon) Muodostaa, ylläpitää ja purkaa järjestelmän sisäiset puhelut Huolehtii laskutustietojen keräämisestä Huolehtii omaan toimintaansa liittyvästä tiedonkeruusta, esim. liikennemittaukset VLR (vierailijarekisteri) sisältää tiedot kaikista keskuksen alueella olevista tilaajista. VLR on yleensä integroitu keskuksen kanssa samaan laitekokonaisuuteen. HLR/AC/EIR HLR (kotirekisteri) sisältää perustiedot (esim. tilaajanumerot ja sallitut palvelut) verkon omista tilaajista sekä omien tilaajien sijaintitiedon (missä VLR:ssä ne ovat). AUC (tunnistuskeskus) sisältää tilaajan tunnistukseen, käyttöoikeuksien tarkastamiseen ja tiedon suojaukseen liittyvät parametrit EIR (laitetunnusrekisteri) sisältää laitetunnukset (IMEI-koodit) valkoinen lista (hyväksytyt ja luvalliset) harmaa lista (seurannassa olevat, esim. väliaikaisen tyyppihyväksynnän saaneet) musta lista (luvattomat laitteet) 25

26 Puhelimella voi verkossa olla kolme tilaa: off-tila (virraton), idle-tila (valmiustila) ja call (puhelutila) Koko on kymmenessä vuodessa pienentynyt n. kymmenesosaan. Tämä johtuu mikropiiritekniikan kehittymisestä ja myös akkujen kehityksestä. Puhelimen tekniikka on erittäin vaativaa. Puhelimen lähetin ja vastaanotin käyttävät samaa antennia NMT-järjestelmässä puhelimeen oli ohjelmoitu pysyvä tilaajanumero. GSM-puhelimen muodostavat päätelaite ja SIM-kortti, joka sisältää tilaajatiedot eli itse liittymä on SIMkortissa. SIM-kortti on älykortti, joka sisältää matkapuhelintilaajan tilaajasuhteen. Se sisältää tilaajan tunnistetietoja sekä salausalgoritmit Yhdistelmäpäätelaitteet: dual-band, esim: multi-band, esim: multi-mode: eri järjestelmiä yhdistetty samaan puhelimeen, esim. : muita yhdistelmiä: GSM+GPS, GSM+DECT, GSM+satelliittipuhelin, GSM+UMTS 26

27 Selosta puhelun reitityksen eri vaiheet suomeksi: Miten reititysprosessi muuttuu jos puhelu aloitetaan matkapuhelimesta ja se päättyy lankapuhelimeen? 27

28 Avoin rajapinta tarkoittaa erittäin tarkasti spesifioitua rajapintaa. Laitevalmistajille on jätetty tt tällaisessa tapauksessa hyvin vähän tulkinnanvaraa. Esim. GSM-verkossa kaikki verkon sisäiset rajapinnat eivät ole avoimia (esim. tukiaseman ja radioverkon ohjaimen välinen rajapinta). Mitä tämä merkitsee matkapuhelinverkon tapauksessa? 28

29 TDMA/FDMA: 200 khz kanava jaettu 8 aikaväliin uplink- ja downlink-suuntiin käytetään eri taajuuksia (kts. sivun alaosa) Aikavälejä käytetään monella tapaa: yleensä 7 aikaväliä/trx puheen- tai datansiirtoon aikaväliä/trx merkinantoon TRX = tukiaseman lähetin/vastaanotinpari Kantoaallon modulointiin käytetään GMSK-menetelmää (eräs FSK-modulaation alalaji) 29

30 Esimerkkejä eri palveluista: Verkkopalvelut: (Verkkopalveluita käytetään datansiirron yhteydessä.): yleinen synkroninen verkkopalvelu (sisältää HSCSD:n) asynkroninen (300 b/s 9600 b/s) yleinen synkroninen verkkopalvelu GBS (General Bearer Service) yleinen synkroninen pakettipääsy GBS (sisältää GPRS:n) synkroninen pakettipääsy (2400 b/s 9600 b/s) Telepalvelut puhe puhe, hätäpuhelu lyhytsanomapalvelu (SMS, Short Message Service) Multimedia Messaging Service (MMS eli multimediasanoma) Lisäpalvelut puhelun hinnan näyttö erilaiset estot: kaikkien tulevien, kaikkien lähtevien puheluiden yms. estot puheluiden ennakkosiirrot eri tapauksissa: puhelin varattu, ei vastaa, ei kuuluvuusalueella yms. puhelinnumeron näyttö kutsutulle puhelimelle ja sen esto Lisäarvopalvelut (Lisäarvopalvelut käyttävät tele-, verkko- ja lisäpalveluita alustanaan. Näitä palveluita kehitetään nykyisin eniten lyhytsanomapalvelun ja GPRS:n päälle): pankkipalvelut uutis- ja tulospalvelut logot ja soittoäänet 30

31 Radiorajapinnan resurssit jaetaan usean eri käyttäjän kesken tarpeen mukaan. Vapaita aikavälejä käytetään tää nopean purskeen siirtoon ja aikavälit vapautetaan t heti kun siirtotapahtuma on ohi. Aikavälejä voidaan ottaa hetkellisesti käyttöön jopa 8 kpl. Näin saavutettava teoreettinen maksimisiirtonopeus on n. 170 kbit/s. Maksimisiirtonopeus vaatii myös hyvän radioyhteyden. Operaattorin on mahdollista laskuttaa välitetyn datan perusteella (eikä yhteysajan pituuden mukaan). Liikennöinti tapahtuu IP-protokollan mukaisesti. Yhteys verkkoon on periaatteessa aina auki ja paketit siirtyvät nopeasti GPRS-arkkitehtuuri (kuva ) operointisolmu SGSN toimii samalla hierarkiatasolla kuin MSC yhdyskäytäväsolmu GGSN mahdollistaa datan siirron ulkopuolisten dataverkkojen ja GPRS-verkon välillä GPRS-rekisteri GR sisältää GPRS-tilaajan tilaaja- ja reititystiedot (käytännössä yhdistetty HLR:ään) GPRS-runkoverkko (Backbone) on IP-pohjainen paketinohjausyksikkö PCU sijaitsee BSC:n yhteydessä GPRS:n avulla toteutetaan hyvin monenlaisia palveluita, joista yksi esim. on Push To Talk (PoC), joka tarkoittaa radiopuhelintyyppistä palvelua VoIP-muotoisena GPRS:n avulla. 31

32 EDGE: Enhanced Data Rates for Global Evolution Käytetään tää usein termiä 2,75G eli on viimeinen i väliporras matkalla kolmanteen sukupolveen Voi toimia myös korvikkeena 3G:lle, koska EDGE:llä voidaan tarjota suurempia datanopeuksia kun pelkällä GPRS:llä 32

33 Kolmannen sukupolven matkapuhelinverkkoja syntyi usean eri standardin pohjalle. UMTS-standardi di on näistä tärkein ja se perustuu eurooppalaislähtöisen lähtöi GSM-verkon hyödyntämiseen. UMTS:n standardointi tehdään 3GPP (3G Partnership Project) nimisessä standardointielinten yhteenlittymässä. Vaatimuksena kolmannen sukupolven järjestelmälle on se, että järjestelmän täytyy antaa selvästi lisäarvoa kun sitä verrataan GSM-järjestelmään tai muihin 2G-järjestelmiin kaikissa suhteissa. Tietysti vaaditaan myös yhteensopivuutta Nämä vaatimukset ovat niin raskaita, että ne voidaan toteuttaa vain moniympäristöjärjestelmällä (kts. kuva). Erityyppisiä palveluita tarjotaan erilaisilla osajärjestelmillä ympäristöstä riippuen. Maailmanlaajuisesti verkko toteutetaan seuraavasti: samanlainen radiorajapinta on saatavilla kaikkialla maailmassa myös muita teknologioita tuetaan paikallisesti eli käytössä on yhdistelmäpuhelimia, jotka pystyvät toimimaan useissa eri teknologioissa 33

34 3GPP päätyi julkaisemaan standardeja vuosittaisella periaatteella. Ensimmäinen versio sai nimekseen Release 99 (3GPP 99). Se perustuu vielä pääosin GSM-verkkoon. UMTSverkon radiorajapinta on WCDMA-tekniikan mukainen. Tämän vuoksi joudutaan rakentamaan uusi radioverkko UTRAN. Uudet elementit ovat RNC ja BTS. Keskuspuolella hyödynnetään GPRS-runkoverkon pakettikytkentäisiä osia eli SGSN:ää ja GGSN:ää. Yhteensopivuutta GSM:n ja UMTS:N välillä tarvitaan. Tämä tarkoittaa sitä, että handover verkon sisällä järjestelmästä toiseen onnistuu. Verkon täytyy pystyä välittämään tietoa toisen puolen tilasta puhelun aikana. Piirikytkentäiset elementit kehittyvät myös. GSM:n MSC:tä voidaan käyttää, mutta siihen joudutaan tekemään muutoksia ja lisäyksiä. Myös GPRS-verkon solmuihin tulee suuria muutoksia. 34

35 Seuraava versio oli Release 00, joka jaettiin kahteen osaan: Release 4 ja Release 5. Release 5 sisältää jo All IP-pohjaisen verkon eli runkoverkko toimii IP-protokollan mukaan. Myös Releaset 6 ja 7 on jo julkaistu ja lisää on tulossa. Kun siirrytään kokonaan IP-pohjaiseen liikenteeseen, perinteisiä piirikytkentäisiä verkkoelementtejä ei enää tarvita. GSM-radiorajapinta on edelleen mukana (GERAN). Verkon tässä vaiheessa palvelut ovat tärkein peruste radiorajapinnan valinnalle. Radiorajapinnalta toivotaan riittävää kaistanleveyttä käytettäville palveluille. 35

36 WCDMA:ssa käytetään DS-CDMA-tekniikkaa (Direct Sequence Code Division Multiple Access): käyttäjän informaatiobitit levitetään tää laajalle ll kaistalle kertomalla käyttäjädata t näennäissatunnaisella bittikuviolla (Spreading Signal). Suuria bittinopeuksia tuetaan käyttämällä muuttuvaa levityskerrointa ja useaa koodia/yhteys. Vierekkäisissä soluissa voidaan käyttää samaa taajuutta. Radiotiellä oleva häiriö (kts. kuva) levitetään vastaanotossa koko signaalin kaistalle, jolloin sen vaikutus jää pieneksi. RAKE (=harava) -vastaanotin pystyy tunnistamaan viivästyneet signaalikomponentit ja summaamaan ne yhteen. 36

37 2G-verkoissa tuli ensimmäisen kerran esille palveluntuottajan rooli: kaupallisia palveluita verkossa tuotti tti joku muu osapuoli kuin verkko-operaattori. 3G:ssä on palveluntarjoajien l ji rooli otettu huomioon paremmin jo heti alusta lähtien. Palveluiden kerrosmalli UMTS:ssä mahdollistaa erilaisten toimijoiden eriyttämisen. Myös kustannukset ja tulot jakautuvat eri kerroksissa eri tavoin. Mitä alemmalla kerroksella toimitaan, sitä suurempi osa kustannuksista koostuu laitteista. Palveluketjussa voi olla myös sama toimija usealla portaalla: esim. palveluntuottaja voi tuottaa myös sisällön ja verkko-operaattoritoperaattorit voivat kehittää palveluita. Eri palveluiden käyttöön tarjotaan erilaisia bittinopeuksia. Myös ympäristö vaikuttaa bittinopeuksiin: suurissa soluissa on käytössä vähintään 144 kbit/s:n nopeus, pienemmissä soluissa tarjotaan suurempia nopeuksia, jopa 2 Mbit/s. UMTS:n peruspeittona tarjoama 384 kbit/s voidaan tarjota myös EDGE:n avulla. UMTS sallii tilaajan tai sovelluksen neuvotella verkkopalvelulle ominaisuudet, jotka parhaiten soveltuvat ko. yhteyden käyttöön. Niitä voidaan myös vaihtaa yhteyden aikana. Verkkopalvelun ominaisuudet vaikuttavat suoraan hintaan, joka yhteydestä maksetaan. Ominaisuuksia ovat mm. bittinopeus, viiveet ja niiden vaihtelu, luotettavuus eli virheiden määrä yms. Paikannuspalveluihin perustuvista palveluista on ennustettu tulevan todennäköinen Killer Application eli suosituin, massoihin vetoava palvelumuoto. Näissä palveluissa on tärkeää nopea datan lajittelu ja valintamahdollisuus. Dataa tarjotaan sijainnin perusteella. 37

38 HSDPA (lyhenne sanoista High-Speed Downlink Packet Access) on matkaviestinten yhteyskäytäntö, joka nopeuttaa UMTS:in tiedonsiirtoa. Nopeutus koskee liikennettä verkosta päätelaitteelle. Käytetty nopeus on yleensä 1,8 Mbit/s, 3,6 Mbit/s, 7,2 Mbit/s tai 14,4 Mbit/s. Käytännössä tiedonsiirtonopeus jää huomattavasti alle näiden lukujen. Nopeuteen vaikuttavat käytetyt päätelaitteet ja yhteyden laatu. HSDPA vaatii toimiakseen sitä tukevan päätelaitteen. Standardia ollaan päivittämässä. HSPA Evolved -standardi tulee tukemaan nopeutta 42 Mbit/s ja myöhemmin enemmänkin. Maaliskuussa 2008 HSDPA oli käytössä 92 maassa, 220 eri verkossa. Palvelua tukevia päätelaitteita on alkanut saada yleisemmin vasta vuonna HSDPA:n käyttö on mahdollista vain rajoitetulla kuuluvuusalueella. Suomessa HSDPA on käytössä kaikissa kolmessa UMTS-verkossa maksiminopeudella a 3,6 Mbit/s. Tiedonsiirtoa nopeutetaan erilaisia modulaatio- ja koodaustapoja yhdistelemällä sekä käyttämällä useampaa koodia samalla yhteydellä. HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) parantaa sellaisten kehittyneiden datasovellusten käyttöä, jotka edellyttävät suuria datasiirtonopeuksia sekä puhelimesta verkkoon että verkosta puhelimeen. Tällaisia sovelluksia ovat esimerkiksi sähköposti ja henkilöiden väliset reaaliaikaiset pelit. Monet perinteiset yritys- ja kuluttajasovellukset hyötyvät nopeammasta datasiirrosta puhelimesta verkkoon. HSUPA-teknologia nostaa UMTS/WCDMA verkon nopeuden verkkoon lähetettäessä 1.4 Mbps:een, ja myöhemmissä versioissa nopeus on 5.8 Mbps. HSUPA ei ole vielä niin laajasti käytössä kuin HSDPA. HSOPA on tällä hetkellä kehitteillä oleva standardi, joka pyrkii edelleen kasvattamaan tiedonsiirtonopeuksia alasuuntaiselle linkille nopeuteen 100 Mbit/s ja yläsuuntaiselle linkille nopeuteen 50 Mbit/s. HSOPA pohjautuu kokonaan erilaiseen ilmarajapintaan ja toimii myös eri taajuuksilla kuin nykyiset UMTS/HSPA-verkot. LTE (Long Term Evolution) on 3G-tekniikka, jonka tarkoitus on kasvattaa datan siirtonopeuksia, parantaa palveluita ja vähentää kuluja. Data kulkee tukiasemasta päätelaitteeseen useita radioteitä pitkin eli niin sanotulla MIMO -tekniikalla. LTE on ensimmäinen 3G-tekniikka, jossa Uplink-suunnan liikenne on toteutettu erilaisella radiotekniikalla kuin Downlink-suunnan liikenne. Datan siirto tukiasemasta päätelaitteeseen tapahtuu OFDM -tekniikalla ja päätelaitteesta tukiasemaan SC-FDMA -tekniikalla. Luonnoksissa datansiirron tavoitteiksi on laitettu tukiasemasta päätelaitteeseen 100 Mb/s ja päätelaitteesta tukiasemaan 50 Mb/s. Käytännössä nopeudet eivät tule olemaan näin suuria, varsinkin tukiaseman ollessa kaukana. 38

39 Yksi pääpiirteistä päätelaitteissa on se, miten se käyttää PS- ja CS-domaineja (paketti- ja piirikytkentäisiä ik täi iäverkon osia). Päätelaite voi toimia i kolmessa eri toimintamoodissa: i t PS/CS, PS ja CS. Päätelaitteet voidaan luokitella myös sen mukaan, miten ne kykenevät käyttämään eri verkkoteknologioita (UMTS ja GSM) Tilaajasuhde sisältyy USIM-moduliin. Fyysinen sijaintipaikka on UICC-kortti. Jotta palveluita voidaan käyttää erilaisilla terminaaleilla, on määritelty seuraavat toiminnot pakollisiksi: accept, select, send, indication ja end. Toimintojen syöttö voidaan päätelaitteessa toteuttaa eri tavoin, esim. näppäimistöllä, puheohjauksella, kosketusnäytöllä yms. 39

40 Autonet: toimi i trunking-tekniikalla, t k iik mikä tarkoittaa automaattisesti tti ti tapahtuvaa radiokanavien i kapasiteetin ti jakoa monien käyttäjien kesken. Noudattaa englantilaista MPT 1327 standardia. Toimii 440 MHz:n taajuusalueella. Suunniteltu etupäässä puheensiirtoon, vain toissijaisesti datansiirtoon. Mobitex Soneran operoima, 150 MHz:n taajuudella toimiva, ensisijaisesti datansiirtoon suunniteltu verkko. Otettiin käyttöön 1987 Meriradiopalvelut Viestintää laivoille, käytössä monia eri järjestelmiä. Uusinta tekniikka edustaa INMARSAT- järjestelmä, j ä joka välittää maa-asemien ja laivojen välistä puhelin-, telex, telefax- ja dataliikennettä ttä satelliittiteitse. Järjestelmä kattaa kaikki valtameret. Hakuverkot Soneran KAUHA (150MHz) koko maan kattava järjestelmä 1985, lakkautettiin vuoden 2001 lopussa. Yhteiseurooppalainen ERMES käynnistyi 1992 (169 MHz). Matkapuhelimien yleistyessä käyttö jäänyt vähäiseksi, tilaajamäärä oli lopussa muutamia kymmeniätuhansia. Viranomaisverkot Yleiset televerkot tai tavalliset erillisradioverkot eivät sovellu viranomaiskäyttöön, koska ne on yleensä suunniteltu kahden pisteen välisiä yhteyksiä varten. Suomalainen VIRVE perustuu TETRA-standardiin, joka toimii trunking-periaatteella. Käyttäjät näkevät verkon virtuaalisena erillisverkkona, joka tarpeen tullen voidaan ottaa kaikkien yhteiskäyttöön. Verkko on digitaalinen ja soveltuu myös datansiirtoon. VIRVE:n rakentaminen alkoi vuonna 1998 etelästä ja etenee vuoden 2003 loppuun mennessä koko Suomen kattavaksi. Taajuusalue on 400 MHz ja taajuuskaista 20 MHz. Verkolla tulee olemaan n käyttäjää Suomessa 40

41 Säteilyturvallisuus ja terveysriskit: Tutkittu laajalti, ei näyttöä vakavista riskeistä. Toisaalta hyvin pitkäkestoisen käytön vaikutuksia ei olla vielä pystytty tutkimaan riittävästi Radiosäteily on ionisoimatonta säteilyä, joka ei aiheuta muutoksia kudoksiin Sallitulle säteilymäärälle on asetettu rajat Häiriöt: Matkapuhelin itse aiheuttaa häiriötä huonosti suojattuihin elektronisiin laitteisiin, esim. televisioon, radioon, lankapuhelimeen yms. Myös lähellä sijaitseva tukiasema voi häiritä muita laitteita. Sairaaloissa on usein kielletty matkapuhelimen käyttö em. häiriöiden vuoksi. Häiriötä aiheuttaa varsinkin GSM-lähetteen purskeinen muoto. UMTS-puhelin ei häritse yhtä voimakkaasti kuin GSM-puhelin. Matkapuhelinten käyttö julkisilla paikoilla aiheuttaa salakuunteluriskin, jota käyttäjä voi itse kontrolloida Ajonaikainen käyttö ilman hands free varustusta kielletty Suomessa alkaen 41

42 SIM-kortin PIN-kysely: Kun puhelimessa on kortin PIN-kysely päällä, vain salasanan tietämällä voi käyttää puhelinta Tilaajan tunnistus (autentikointi, kuvassa): Ennen jokaisen puhelun tai muun palvelun aloitusta tehdään tilaajan tunnistusproseduuri, jossa verkko kommunikoi SIM-kortin kanssa ja varmistaa, että tilaaja on se, joksi esittäytyy Radiotien salaus: Salakuuntelun estämiseksi kaikki radiotiellä tapahtuva liikenne (puhe, data ja signalointi) on salattu tehokkaiden salausalgoritmien avulla. Vanhempia verkkoja (esim. NMT:tä) sen sijaan pystyttiin helposti salakuuntelemaan Varastetun laitteen sulkeminen verkosta: Esim. GSM-verkossa on laiterekisteri (EIR), jonne ilmoittamalla voidaan varastettu puhelin sulkea pois käytöstä. Tällöin varas ei voi soittaa puhelimella edes omalla SIM:llään. UMTS: UMTS:ssa tulevat kuvaan mukaan myös IP-maailmasta tutut uhat (spoofing, sniffing, denial of service yms.) joita voidaan ehkäistä IPSECturvallisuustoiminteiden avulla. 42

43 UMTS:n kaupallinen käynnistys laajemmassa mittakaavassa tapahtui vuoden 2004 aikana. UMTS:n käynnistäminen i GSM:n sivutuotteena tt on helppoa oleville GSMoperaattoreille, sen sijaan uusilla operattoreilla on vaikeampaa rakentaa verkkoa nopeasti. Suomen kokoisessa maassa on epätodennäköistä rakentaa koko maa UMTSpeittoalueeksi, koska UMTS:n korkea taajuus mahdollistaa vain pienet peittoalueet. Tämän vuoksi arvioidaan, että GSM säilyy pitkään peruspeittoa tuottavana verkkona. Huhtikuussa 2004 Suomen viranomaiset antoivat operaattoreille luvan rakentaa verkkoja yhteistyössä, mikä on taloudellisesti järkevää EDGE antaa mahdollisuuden tarjota uusia palveluita myös GSM-verkon laajemmalla peittoalueella. Tietoliikenneteollisuudella on suuri kiusaus siirtää tuotantoa halvempiin maihin, ja näin onkin jo tapahtunut. Todennäköisesti Suomeen kuitenkin jäävät tuotekehitys-, tutkimusja vaativat tuotannonsuunnittelutehtävät. Myös uusien palveluiden kehitys tarjoaa uusia mielenkiintoisia työpaikkoja. 4G:n on tarkoitus integroida olemassolevat verkot yhteen ja tarjota lisäksi hyvin korkeita datansiirtonopeuksia, jopa yli 1 Gbit/s. Määritelmä on hieman häilyvä, myös LTE luokitellaan useissa yhteyksissä 4G:ksi, joskus taas 3,9G:ksi tms. 43

44 Uusia palveluita: korkealaatuiset kuvat matalalaatuinen videokuva matkapuhelimen avulla kauko-ohjatut laitteet mobiili kauppa, korvaa luottokortit laitteiden välinen kommunikaatio (M2M, machine to machine) 44

45 Terrestriaaliverkossakin voidaan kommunikoida verkkoon päin, miten? 45

46 Yleisradioasemien välityksellä: valtakunnalliset ohjelmat siirretään studioista tai ulkolähetysyksiköistä radiolinkkiketjujen välityksellä maan eri puolilla oleviin yleisradiolähettimiin Suomessa noin 500 ULA- ja noin 80 TV-lähetysasemaa ULA-lähettimien tehot vaihtelevat muutamasta kw:sta 50 kw:in TV-lähettimien tehot 0, kw ja mastojen korkeudet m Lähetysten vastaanotto tapahtuu joko vastaanotinkohtaisten antennien tai yhteisantennijärjestelmien avulla Yhteisantennijärjestelmä => SYJ => kaapeliverkko Kaapelitelevisioverkon välityksellä: Kaapelitelevisioverkko on yleensä puhelinyhtiön tai jonkun muun yrityksen rakentama ja ylläpitämä Verkossa välitetyt ohjelmat koostuvat yleensä yleisradioverkon avulla vastaanotetuista, satelliittitelevision avulla vastaanotetuista ja lisäksi paikallisradio- ja tv-ohjelmista Kaapelitelevision etuina ovat parempi kuvan laatu ja monipuolinen ohjelmatarjonta Televisiosatelliitin välityksellä: Satelliitit välittävät ohjelmia maa-asemilta avaruuden kautta yksittäisiin vastaanottimiin tai kaapelitelevisioverkkoihin 46

47 Matalia taajuusalueita (LF, MF ja HF) ei juurikaan enää käytetä yleisradiotarkoituksiin. Näillä taajuusalueilla voidaan lähinnä ä lähettää hyvin pitkiin yhteyksiin tarvittavia i signaaleja ULA = ultralyhyet aallot Kaapeli-TV verkkoa varten on otettu käyttöön ns. S-kaista (105, ,25 MHz), jolle mahtuu 41 kanavaa Kaapelikanavien i taajuudet t Oulussa (DNA-TV): Satelliittilähetyksille on myös varattu maailmanlaajuisesti omat kaistansa. Katso esim. 47

48 FM-moduloitu ULA-lähete: vastaanotettu kantoaalto muutetaan ensin välitaajuudelle (IF=10,7 MHz) etuna parempi taajuusselektiivisyys ja yksinkertaisempi rakenne vastaanottimen loppuosassa 48

49 stereolähete: äänitetään kaksi erillistä äänisignaalia (L ja R) lähetin muodostaa summa- ja erotussignaalit (M- ja S-signaalit) M (L+R) lähetetään kanavalla normaaliin tapaan (kaista 40 Hz...15 khz) S (L-R) amplitudimoduloidaan (DSB) 38 khz apukantoaaltoon => siirtyy kuuloalueen yläpuolelle ( khz) lähetteessä lisäksi 19 khz pilotti, jota tarvitaan vastaanottimessa S-signaalin ilmaisuun kokonaissignaali (M, S ja pilotti) taajuusmoduloidaan lähettimen kantoaaltoon stereolähetykset vaativat 300 khz kaistan (monolle riittää 150 khz) 49

50 Lähetettävä informaatio voi sisältää seuraavia elementtejä: palvelun nimen ohjelman tunnuksen ohjelman tyypin muut rinnakkaiset taajuudet kellonajan ja päivämäärän esimerkiksi liikenneilmoituksia tai mainoksia 50

51 etuja: äänenlaatu verrannollinen CD:hen (> 90 db:n dynamiikka). olennaisesti tehokkaampi taajuuksien käyttö : DAB-radiokanavassa voidaan lähettää jopa seitsemän digitaalista ohjelmaa. Kanavien määrä riippuu halutusta äänen laadusta tunteeton monitievastaanotolle (mm. heijastumille), josta seuraa mm. korkea taajuusalueiden hyväksikäyttö, samaa taajuutta voidaan käyttää yli maan jolloin mobiilivastaanotto paranee pienempi lähetysteho ULA FM:ään verrattuna (alle 1 kw lähetystehoilla on menestyksekkäästi voitu siirtää 6 HiFi stereokanavaa) joustava äänen, (still-) kuvan ja datan siirto erillisinä oheispalveluina samassa lähetteessä DAB-lähetysten vastaanottoon tarvitaan uusi vastaanotin, nykyisillä FM-radioilla ne eivät ole kuultavissa. Juuri kohtuuhintaisten vastaanotinten hidas markkinoille tulo onkin jarruttanut DAB-tekniikan laajempaa käyttöönottoa. Äänen koodaus DAB tavoitteena oli saavuttaa CD tasoinen ääni vastaten vastaten 16 bittistä S/N suhdetta (96 db) ja 44.1 knäytettä/s kummallakin kanavalla MUSICAM (Masking pattern adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing) koodausta, mikä sisältää bittinopeudet 32 kbit/s kbit/s. DAB mahdollistaa nopeuksien muuttamisen dynaamisesti. kiinteä 48 knäytettä/s olevaa näytteenottoa. Uusimmat versiot em. ISO/IEC standardista sallivat myös puolta pienemmät näytteenotot. sisältää virheenkorjauksen 51

52 Digi-tv mahdollistaa (ei vielä kaikkia tarjolla) Kanavien määrän ja ohjelmatarjonnan kasvun Monien kohderyhmien palvelun Kirkkaamman ja terävämmän kuvan Valinnanvapauden ohjelmien katseluajoissa Sähköisen ohjelmaoppaan Super-teksti-tv:n Internet-sivut tv:ssä Vuorovaikutteiset ohjelmat Alueelliset ohjelmat HDTV: pelkkä digitaalinen televisio ei vielä ole varsinainen teräväpiirtotelevisio (High Definition TV). HDTV tarkoittaa kaksinkertaisen juovaluvun omaavaa televisiota (2x625 juovaa). Niissä tarvitaan suurempi bittinopeus kanavaa kohden. Euroopassa käytetään DVB-standardiperheen lähetystekniikkaa. Muita lähetysstandardeja ovat ATSC (Pohjois-Ameriikka), ISDB (Japani ja Brasilia), DMB (Kiina ja Korea) 52

53 Maanpäällisessä jakelussa (DVB-T) hyödynnetään olevaa asemaverkostoa, mastoja ja antenneja. Yhden nykyisen tv-kanavan tilalla digitaalitekniikalla siirtyy 4-6 kanavaa, joka vie tilaa taajuuskaistalta n. 8 MHz: Kanavanippu A: YLE TV1, YLE TV2, YLE FST5, YLE24, YLE Teema, radiokanavat Ylen Klassinen,YLE Radio Peili, YLE FSR+, YLE Mondo ja YLE Radio Extrem Kanavanippu B: MTV3, MTV3+ (osittain maksullinen), Subtv, Nelonen, Nelonen Plus Kanavanippu C: CANAL+ Finland (m), CANAL+FILM (m), CANAL+FILM2 (m), CANAL+Sport (m), Disney Channel (m)*, Urheilukanava, The Voice *), Digiviihde, radiokanavat Uusi Kiss, Iskelmä sekä Harju ja Pöntinen (radiokanava, joka näkyy digiboksissa televisiokanavien luettelossa). Kanavanippu C:ssä näkyy myös alue-tv-kanava Turku TV Turun näkyvyysalueella. Kuva- ja äänisignaalit, i tekstitieto titi t ja ohjelmakohtaiset ht t lisätiedot t yhdistetään tää standardoiduksi bittivirraksi. Bittivirta kompressoidaan MPEG2-kompressoinnilla. DVB-standardi sisältää neljä erilaista formaattia: DVB-T: maanpäälliseen jakeluun DVB-S: satelliittijakeluun DVB-C: kaapelitelevisioverkkojakeluun DVB-H: kännykkäjakeluun Nämä kaikki tarvitsevat omanlaisensa purkulaitteen eli esim. terrestriaalikanavan katseluun hankittu digibox ei sovellu kaapelitelevisioverkkoon 53

54 DVB-T eli maanpäällinen digitaalinen lähetysjärjestelmä on käytössä yli 36 maassa. Järjestelmä lähettää pakattua digitaalista it t audio/video-lähetettä id ttä käyttäen OFDM-modulaatiota t (COFDM). Suomessa käytetään tää 8k- ja 2k-järjestelmiä, missä 8k-järjestelmässä kantoaaltoja on kappaletta ja ne ovat Hz välein. Lähdekoodaukseen käytetään MPEG-2 -koodausta ja nykyään myös MPEG-4:a eli H.264:ää. Kantoaallon modulointiin käytetään QPSK:ia, 16-QAM:ia ja 64-QAM:ia. DVB-T:n häiriönsieto perustuu ennen modulointia tapahtuvaan virheenkorjausbittien lisäämiseen. DVB-C tarkoittaa kaapelijakeluun suunniteltua formaattia. Myös tässä standardissa käytetään MPEG-2 tai MPEG-4 kompressointia ja QAM-modulointitapoja lisättynä kanavakoodauksella. DVB-C2 standardia ollaan kehittämässä ja sen pitäisi olla valmis vuonna DVB-S standardi kehitettiin vuonna 2003 ja se korvattiin uudemmalla versiolla DVB-S2 vuonna 2005.Uudempi versio sisältää HDTV:n ja MPEG-4 AVC koodauksen. Modulaatiotapoina käytetään QPSK-, 8PSK- tai MAPSK-modulaatioita. DVB-S2 hyödyntöö myös adaptiivista modulaatio- ja koodaustekniikkaa, mikä tarjoaa optimoitua siirtoa eri käyttäjille. DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handhelds) on standardi matkapuhelintyyppisiä päätelaitteita varten. Se on läheistä sukua muille digitaalisen televisiolähetyksen DVB-standardeille kuten DVB-T, DVB-C ja DVB-S, mutta se toimii pienemmällä sähkönkulutuksella, nopeasti liikkuvassa ympäristössä (esimerkiksi 300 km/h liikkuvan junan kyydissä) ja se vie vähemmän radiokaistaa, koska kuvan tarkkuus on alhaisempi. DVB-H:n kuvan tarkkuus on 320x240 (vertaa DVB-T:n 720x576). Suomessa neljäs kanavanippu on varattu DVB-H lähetyksille. Muista DVB-järjestelmistä poiketen DVB-H on IPpohjainen. 54

55 Teräväpiirtotelevisio-nimitystä käytetään SDTV:tä seuraavan sukupolven televisiotekniikasta. Se on digitaalitelevision it l i i kehitysaskel k kohti tarkempaa kuvaa ja parempaa ääntä. Tekniikka tunnetaan t myös nimellä HDTV (lyhenne sanoista High-definition television). HDTV-lähetykset ovat digitaalisia, mutta sen lisäksi ne voivat nykyisellään olla lähes viisi kertaa tarkempia kuin SDTV:n PAL-lähetykset. Aikaisempaan tekniikkaan muutoksena HDTV:n lähetykset lähetetään ainoastaan 16:9-kuvasuhteella. PAL-järjestelmän 576i-kuva korvataan tarkemmilla tarkkuuksilla, jotka ovat minimissään 720p ( pikseliä) ja maksimissaan 1080i ja 1080p ( pikseliä). Kuvan pakkaustekniikka on yleensä MPEG-2, mutta tehokkaamman pakkausalgoritmin ansioista MPEG-4:sta on käytetty yhä useamman kanavan kuvanpakkausalgoritmina. TV-valmistajat käyttävät markkinoinnissaan HD ready -merkintää ilmaisemaan TV:n HDTVyhteensopivuutta. Full HD -markkinointitermillä tarkoitetaan täysteräväpiirtotelevisiota, joka pystyy esittämään 1920 x 1080 resoluution näytöllään ilman skaalausta. Lähetystekniikka pysyy lähestulkoon samana verrattuna nykyiseen SD-digi-tv:hen. HDTV ei varsinaisesti määrittele millä tekniikalla kuvaa tulee siirtää langattomasti tai langallisesti. Se voi siirtyä satelliitista, maanpäällisenä lähetyksenä, kaapelissa, tietoverkkojen kautta tai kodin HDTV:tä tukevasta laitteesta. Suomen maanpäällisessä HDTV-lähetyksissä tullaan käyttämään DVB-T2 -standardia kun lähetykset alkavat aikaisintaan vuonna Koelähetykset alkoivat Suomessa vuoden 2007 kesällä Euroviisujen näyttämisellä Espoon lähetinasemalta. Digita kokeilee teräväpiirtolähetyksiä uudelleen Pekingin olympialaisten yhteydessä loppukesästä Asiassa edetään kaupallisten tarpeiden mukaisesti ja mikään ei estä tuomaan kaupallista kanavaa teräväpiirtolähetyksiä varten. Teräväpiirtolähetyksiä onkin tarjolla maksu-tv-lähetyksinä. Standardin mukaiset resoluutiot 720p * 720 pikseliä,,progressiivinen, 60, 50 tai 30, 25 tai 24 lomittamatonta kuvaa sekunnissa. 1080i * 1080 (HDV) tai 1920 * 1080 pikseliä, lomitettu kuva, 60 tai 50 puolikuvaa sekunnissa. 1080p * 1080 pikseliä, progressiivinen, 30, 25 tai 24 lomittamatonta kuvaa sekunnissa. 55

56 Satelliittien ryntäys avaruuteen alkoi varsinaisesti 1960-luvullla pääosin Neuvostoliiton ja Yhdysvaltain avaruuskilpailun tuloksena. Avaruuteen ammuttiin mitä erilaisimpia i i i tietoliikennesatelliitteja, sotilaallisia vakoilusatelliitteja, tutkimussatelliitteja ja luotaimia, jotka tämänpäivän mittakaavassa olivat vielä hyvin alkeellisia. Tänään satelliitit ovat ihmisen apulaisia. Niitä hyödynnetään paljolti tietoliikennetarkoituksiin, matkapuhelinliikenteen sekä TV- ja radiolähetysten välittämiseen, GPS-paikantamiseen, oman planeettamme ja lähiavaruuden tutkimiseen, maanpinnan kartoittamiseen ja sääilmiöiden tutkimiseen. Joukossa on hyvin paljon myös sotilaallisia satelliitteja, jotka tarkkailevat strategisesti tärkeitä maanpinnan kohteita tai ohjusten laukaisuja. Vuosituhannen vaihteessa satelliitteja on laskettu olevan Maata kiertävällä radalla noin 9000 kappaletta. Tähän lukumäärään kuuluu toimivia satelliitteja, satelliittien ja kantorakettien jäännöksiä, joiden minimikoko on 10 cm:n luokkaa. Kaikkiaan avaruusromua on Maata kiertävällä radalla yli kpl ellei vieläkin enemmän, kun huomioidaan pienimmätkin avaruusromujen palaset. Vuosittain laukaistaan noin 100 satelliittia i lisää, joskin varsin moni radalla ollut kappale palaa tuona aikana myös Maahan. Jos sama kehitys jatkuu, ylitetään kappaleen raja joskus 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä. 56

57 Arviolta noin 60 % Maata kiertävistä satelliiteista on sotilaallisia. Näihin lukeutuvat tarkoin tutkin tki varustetut t t ns. vakoilusatelliitit lliitit ja varhaisvaroitussatelliitit it t sekä erilaiset i muut vakoilu- ja suojajärjestelmät, joiden välityksellä strategisesti mielenkiintoisia maakohteita voidaan tarkkailla huomaamattomasti, minkään valtion ilmatilaa loukkaamatta. Loput noin 30 % satelliiteista on mm. tietoliikenne- ja tutkimussatelliitteja, kuten esimerkiksi sääsatelliitteja, kaukokartoitussatelliitteja, navigointisatelliitteja tai tähtitieteellisiä tutkimussatelliitteja. Tietoliikennesatelliitit välittävät mm. TV- ja radiopalveluja eri puolille maailmaa. Kaukokartoitussatelliitit kartoittavat mm. maanpintaa, tutkivat luonnonvaroja, tarkkailevat merien jäätilannetta tai vaikka ympäristötuhoalueita. Navigointisatelliitit antavat mm. sijaintitietoja laivoille ja auttavat erilaisia pelastusjärjestelmiä. Sääsatelliitit tarkkailevat maapallon säätilaa. Tähtitieteellisiä tutkimussatelliitteja käytetään avaruuden kohteiden tutkimiseen sekä myös oman planeettamme tutkimiseen. Kansainvälisten sopimusten myötä kaikki avaruuteen laukaistavat kappaleet, satelliitit, on jollain tavoin luokiteltava. Laukaisun yhteydessä satelliitille annetaan jokin nimi, jota käytetään kirjallisuudessa ja tiedotusvälineissä sen tunnistamiseksi. Samalla satelliitilla voi itse asiassa olla useita nimiä, riippuen paljolti siitä, missä yhteydessä nimi mainitaan. Kirjallisuudessa ja tiedotusvälineissä käytetään usein ns. kansainvälistä nimistöä, joka kuvaa jollain tavalla satelliitin käyttötarkoitusta tai on muuten helposti muistettavissa esim. Telstar, Landsat, Tele-X jne. 57